DE19606609A1 - Hydraulische Lenkvorrichtung für selbstfahrende Arbeitsmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Lenkvorrichtung, wie sie in selbstfahrenden Arbeitsmaschinen, wie beispielsweise Feldhäckslern oder Mähdreschern, verwendet wird.

Aus dem Stand der Technik sind Lenkvorrichtungen bekannt, bei denen der Lenkeinschlag der gelenkten Räder durch Betätigung eines oder mehrerer Hydraulikzylinder bewirkt wird. Ausführungsbeispiele für solche hydraulische Lenkvorrichtungen finden sich in den Patent­ schriften DE 21 50 298, DD 1 06 771 oder DE 195 39 088. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lenkvorrichtungen werden Lenksignale entweder vom Fahrer über das Lenkrad oder über geeignete Tasteinrichtungen zur automatischen Lenkung in das Lenksy­ stem übermittelt. Neben den vollhydraulischen Systemen sind insbesondere aus den genann­ ten Schriften auch Lenksysteme bekannt, die Lenksignale in elektrische Signale umwandeln und zur Steuerung von Hydraulikventilen nutzen, die die Hydraulikzylinder der Lenkvor­ richtung ansteuern. Bei den kombinierten elektrohydraulischen Lenksystemen wird aus den Lenksignalen ein elektrischer Sollstellwert für den Radwinkel abgeleitet, der mit einem Iststellwert verglichen wird, den ein mit den Achsschenkeln verbundenes Drehpotentiometer als Radwinkelgeber erzeugt. Bei einer Differenz zwischen Soll- und Iststellwert bekommt das Hydraulikventil der Lenkvorrichtung einen elektrischen Impuls, um durch Beaufschlagung des Lenkhydraulikzylinders mit einem Ölstrom die Differenz des Radwinkels zwischen Soll- und Iststellwert auszugleichen. Aufgrund von Spiel und Verschleiß in den Kugelköpfen der Lenkhebel, im Befestigungsauge des Hydraulikzylinders, in den Hebelgelenken des Radwin­ kelgebers sowie durch auftretende Torsionskräfte ermittelt der Radwinkelgeber Iststellwerte, die teilweise erheblich von dem wirklichen Radwinkel abweichen. Aufgrund des fehlerhaften Iststellwertes bekommt das Hydraulikventil einen falschen Steuerimpuls, der nach erneutem Vergleich des Soll- mit dem Iststellwert korrigiert werden muß. Insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten, die heute aufgrund gestiegener Maschinenleistung zunehmend gefahren werden können, wirken sich die erforderlichen Korrekturen in einem Schlingerkurs aus, der aufgrund der ständigen Korrekturen der fehlerhaften Iststellwerte entsteht. Bei zunehmenden Geschwindigkeiten nimmt die Gefahr zu, daß sich das System aufschaukelt und damit die Lenkung insgesamt nicht mehr gefahrlos beherrschbar ist. Nachteilig ist auch die aufwendige Justage der Hebel eines Radwinkelgebers sowie eine Vielzahl angepaßter Teile für die Montage des Radwinkelgebers an unterschiedlichen Achsen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Iststellwert des Radwinkels möglichst ohne durch Spiel und Verschleiß bedingte Fehlereinflüsse zu ermitteln. Die Vorrichtung soll mit möglichst wenigen Teilen und geringem Montageaufwand für eine Vielzahl unterschiedlicher Achsen einsetzbar sein.

Die Aufgabe wird durch Ermittlung des Radwinkelsignals gelöst, indem ein im oder am Hydraulikzylinder angeordneter Wegsensor die Stellung des Kolbens bzw. der Kolbenstange erfaßt, den ermittelten Stellwert an die elektronische Steuereinheit übermittelt und die elektronische Steuereinheit aus dem übermittelten Stellwert den Iststellwert des Radwinkels ermittelt. Dabei kann der Wegsensor aus einem Ultraschall- oder Infrarotsensor bestehen, der den Abstand der Kolbenstange vom Endstück des Hydraulikzylinders als Maß für die Stellung des Kolbens mißt. Der Wegsensor kann auch aus einem Linearpotentiometer bestehen, bei dem ein Schleifkontakt mit der Kolbenstange auf einer mit einer elektrisch leitenden Beschichtung versehenen Schiene verfahren wird und der sich abhängig von der Position des Schleifkontaktes auf der Schiene verändernde Spannungswert als Maß für die Stellung des Kolbens gemessen wird. In bevorzugter Ausgestaltung werden dabei Schiene und Schleifkontakt in der Ölkammer des Hydraulikzylinders angeordnet, damit sie gut vor Beschädigungen und Verschmutzungen geschützt sind. Der Wegsensor kann auch aus einem induktiven Wegaufnehmer bestehen. Auch ein außen am Hydraulikzylinder angebrachter Laser ist dazu in der Lage, den Verfahrweg der Kolbenstange zu ermitteln und daraus das Maß für die Stellung des Kolbens oder der Kolbenstange abzuleiten.

Durch die vorgeschlagenen Verbesserungen ist es möglich, den Iststellwert des Radwinkels mit einer größeren Genauigkeit unter Ausschluß einer Mehrzahl von Fehlerquellen wie falscher Einstellung, Spiel und Verschleiß im Radwinkelgeber und dem zugehörigen Gestän­ ge zu vermeiden, das sich noch zum ebenfalls vorhandenen Spiel zwischen Hydraulikzylinder und Achsschenkeln hinzuaddieren würde. Aufgrund der größeren Genauigkeit der Lenkbewe­ gungen wird die Lenkvorrichtung insgesamt weniger belastet, was zu einem geringeren Verschleiß führt, und anstelle einer Vielzahl von Hebeln für verschiedene Achsen kann ein erfindungsgemäß ausgestatteter Hydraulikzylinder durch "Lernen" der Anschläge der Rad­ winkel von der elektronischen Steuereinrichtung in einer Vielzahl von Achsen eingesetzt werden, ohne daß dazu zusätzliche Hebel oder eine Justage der Meßeinrichtung erforderlich wären. Die vorgeschlagene Lösung ist damit sehr montage- und wartungsfreundlich.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisch dargestellte, mit einer erfindungsgemäßen hydraulischen Lenkvorrichtung ausgestattete selbstfahrende Arbeitsmaschine in der Drauf­ sicht,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen beispielhaft mit einem Linearpotentiometer ausgestatteten Hydraulikzylinder.

Der in Fig. 1 als Ausführungsbeispiel dargestellte Mähdrescher 1 ist an der Frontseite mit einem Schneidwerk 2, einem sich daran anschließenden Einzugskanal 3 und einer das Dreschwerk beinhaltenden Hauptmaschine 4 ausgerüstet. Die vorderen Räder 5, 6 des Mähdreschers sind in nicht näher erläuterter Weise antreibbar, aber nicht lenkbar. Die hinteren Räder 7, 8 sind lenkbar und wahlweise zusätzlich antreibbar. Die Erfindung kann auch an selbstfahrenden Arbeitsmaschinen genutzt werden, deren Vorderräder oder an denen mehrere Achsen gelenkt werden, wie beispielsweise bei Ackerschleppern, Baggern, Träger- und Kommunalfahrzeugen.

Die Lenkimpulse für die Lenkung werden beispielsweise vom Lenkrad 9, einem Joystick 10 oder Tastbügeln 11 einer automatischen Lenkeinrichtung, die sich an Reihen von Ernte­ gutstengeln 12 entlangtasten, erzeugt und über Leitungen einer elektronischen Steuereinheit 13 zugeführt. Anstelle der herkömmlichen Lenkimpulsgeber wie Lenkrad, Tastbügeln oder auch Joystick ist es auch vorstellbar, die Lenkimpulse durch eine Steuereinheit zu erzeugen, die die aktuelle Position durch geeignete technische Mittel wie beispielsweise ein GPS-Empfangssystem mit Korrektureinrichtung ermittelt, mit einem abgespeicherten Sollfahrweg vergleicht und daraus die Lenkimpulse ableitet. Zur Weiterverarbeitung der Lenkimpulse in einen Lenkvorgang bereitet die elektronische Steuereinheit 13 die Lenkimpulse zu einem Sollstellwert des Radwinkels der Räder 7, 8 auf.

Neben den Lenkimpulsen erhält die elektronische Steuereinheit 13 von einem im Hydraulik­ zylinder 15 angeordneten Wegsensor, beispielsweise einem Schleifstein 16 eines Linearpoten­ tiometers, ein Signal, das die aktuelle Position der Kolbenstange 17 bzw. des Kolbens 20 des Hydraulikzylinders 15 angibt. Das Signal des Wegsensors kann wahlweise bereits als Iststellwert des Radwinkels übermittelt worden sein, oder das Signal wird von der elek­ tronischen Steuereinheit 13 zu einem Iststellwert aufbereitet.

Die elektronische Steuereinheit 13 vergleicht den Sollstellwert mit dem Iststellwert. Ergibt sich dabei eine Differenz, so übermittelt die elektronische Steuereinheit 13 über Leitungen ein Stellsignal an das Hydraulikventil 14. Das Hydraulikventil 14 gibt entsprechend dem übermittelten Stellsignal einen Ölstrom zum Hydraulikzylinder 15 frei, der den Kolben 20 sowie die Kolbenstange 17 in die dem von der elektronischen Steuereinheit 13 ermittelten Sollstellwert näherkommenden Richtung bewegt. Das Hydraulikventil 14 bleibt so lange geöffnet, bis die elektronische Steuereinheit 13 keine Differenz mehr zwischen dem Soll- und dem Iststellwert mehr feststellt und dem Hydraulikventil 14 ein entsprechendes Stellsignal zum Stoppen des Ölstromes übermittelt. Anstelle eines herkömmlichen Hydraulikventils kann für die erfindungsgemäße hydraulische Lenkvorrichtung auch ein sog. Proportionalventil eingesetzt werden, das in der Lage ist, unterschiedlich starke Ölströme kontrolliert dem Hydraulikzylinder zufließen zu lassen. Bei Einsatz eines Proportionalventils kann mit ent­ sprechende Ausstattung der elektronischen Steuereinheit 13 nicht nur ein "Auf"- oder "Zu"-Stellsignal an das Hydraulikventil übermittelt werden, sondern auch Zwischenwerte, die gleichmäßigere, weniger stößige Lenkbewegungen des Hydraulikzylinders 15 sowie der Räder 7, 8 ermöglichen. Anstelle eines einzigen Hydraulikzylinders 15 können auch zwei Hydraulikzylinder je gelenkter Achse eingesetzt werden.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder 15. Das Hydrauliköl strömt je nach Schaltstellung des Hydraulikventils 14 durch die Anschlüsse 18 und 19 in den Hydraulikzylinder hinein und hinaus, wodurch der Kolben 20 mit der Kolben­ stange 17 bewegt wird. Von den Anschlußstücken 21 ist das eine am Achskörper oder am Fahrzeugrahmen und das andere am Achsschenkel der Lenkachse befestigt. Durch das Ein- und Ausfahren der Kolbenstange 17 wird so der Radwinkel eines gelenkten Rades 7, 8 verändert. Bei einem einzelnen Hydraulikzylinder 15 einer hydraulischen Lenkvorrichtung wird die Lenkbewegung eines Rades 7 über ein Gestänge auf das Rad 8 übertragen. Bei Verwendung eines zweiten Hydraulikzylinders 15 kann ein Gleichlauf der beiden Hydraulik­ zylinder durch Parallelschaltung der Hydraulikleitungen und ggfls. ein zusätzliches Ver­ bindungsgestänge zwischen beiden Achsschenkeln erreicht werden. An dem Kolben 20 ist ein Schleifkontakt 16 befestigt, der bei einer Bewegung des Kolbens 20 mitbewegt wird. Der Schleifkontakt 16 läuft dabei auf einer Schiene 22, die sich von einem Ende der Ölkammer des Hydraulikzylinders 15 durch den Kolben 20 hindurch bis in einen Hohlraum 23 in der Kolbenstange 17 erstreckt. Die Länge des Hohlraums 23 entspricht etwa dem größtmöglichen Verfahrweg des Kolbens 20. Die Schiene 22 ist mit einer elektrisch leitenden Beschichtung versehen. Bei einer Bewegung des Schleifkontaktes 16 auf der Schiene 22 verändert sich der Spannungswert, der von der mit der Schiene 22 verbundenen Meßeinrichtung 24 ermittelt und über die Kabel 25 an die elektronische Steuereinheit 13 übermittelt wird. Der von der Meßeinrichtung 24 gemessene Spannungswert kann durch eine geeignete Elektronik in einen Iststellwert umgerechnet werden, der den aktuellen Radwinkel des vom Hydraulikzylinder 15 verschwenkten Rades 7 angibt.

Anstelle eines Linearpotentiometers kann der Verstellweg des Kolbens 20 auch mittels Ultraschall oder Infrarot berührungslos und verschleißfrei festgestellt werden. Unter Wegfall des Schleifkontaktes 16 und der Schiene 22 würde der Ultraschall- oder Infrarotsensor 24 den Abstand der Oberfläche des Kolbens 20 vom Sensor 24 messen und über die Kabel 25 an die elektronische Steuereinheit 13 übermitteln. Auch kann die Ölkammer oder die Kolbenstange 17 des Hydraulikzylinders 15 mit einem Meßkondensator versehen sein, der beim Verfahren des Kolbens 20 und der Kolbenstange 17 den Verfahrweg durch Messung der Veränderung des Magnetfeldes induktiv ermittelt und an die elektronische Steuereinheit 13 meldet.

Claims (7)

1. Hydraulische Lenkvorrichtung für selbstfahrende Arbeitsmaschinen bestehend aus einem Lenksignalgeber, der das Lenksignal einer elektronischen Steuereinheit zuführt, einem Radwinkelgeber, der das Radwinkelsignal an die elektronische Steuereinheit übermittelt, und zumindest einem Hydraulikventil, an das die elektronische Steuer­ einheit Stellsignale übermittelt, die sich aus einem Vergleich der Sollstellwerte vom Lenksignal und den Iststellwerten des Radwinkelsignals ergeben, wobei das Hydrau­ likventil zumindest einen Hydraulikzylinder steuert, der durch Ein- bzw. Ausfahren der Kolbenstange eine Veränderung des Radwinkels bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Radwinkelsignal ermittelt wird, indem ein im oder am Hydraulikzylinder (15) angordneter Wegsensor die Stellung des Kolbens (20) bzw. der Kolbenstange (17) erfaßt, den ermittelten Stellwert an die elektronische Steuereinheit (13) übermittelt und die elektronische Steuereinheit (13) aus dem übermittelten Stellwert den Iststellwert des Radwinkels errechnet.

2. Hydraulische Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegsensor aus einem Ultraschall- oder Infrarotsensor (24) besteht, der den Abstand des Kolbens (20) oder der Kolbenstange (17) vom Endstück des Hydraulikzylin­ ders als Maß für die Stellung des Hydraulikzylinders mißt.

3. Hydraulische Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegsensor aus einem Linearpotentiometer besteht, bei dem ein Schleifkontakt (16) mit der Kolbenstange (17) auf einer mit einer elektrisch leitenden Beschichtung ver­ sehenen Schiene (22) verfahren wird und der sich abhängig von der Position des Schleifkontaktes (16) auf der Schiene (22) verändernde Spannungswert als Maß für die Stellung des Kolbens (20) oder der Kolbenstange (17) gemessen wird.

4. Hydraulische Lenkvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Schiene (22) und Schleifkontakt (16) in der Ölkammer des Hydraulikzylinders 15 angeordnet sind.

5. Hydraulische Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegsensor aus einem induktiven Wegaufnehmer besteht.

6. Hydraulische Lenkvorrichtung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß ein außen am Hydraulikzylinder angebrachter Laser als Wegsensor den Verfahr­ weg der Kolbenstange ermittelt und daraus daß Maß für die Stellung des Kolbens (20) bzw. der Kolbenstange (17) ableitet.

7. Hydraulische Lenkvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Iststellwert des oder der Hydraulikzylinder (15) oder der daraus abgeleitete Radwinkel von der elektronischen Steuereinheit (13) auf dem Bedienbord der selbst­ fahrenden Arbeitsmaschine (1) angezeigt ist.